Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8867:2011

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8867:2011 quy định phương pháp thử nghiệm xác định mô đun đàn hồi của kết cấu áo đường mềm đường ôtô bằng cần đo võng Benkelman, phục vụ cho việc đánh giá khả năng chịu tải của mặt đường mới hoặc đánh giá chất lượng mặt đường đang khai thác.

TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 8867 : 2011

ÁO ĐƯỜNG MỀM – XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CHUNG CỦA KẾT CẤU BẰNG CẦN ĐO VÕNG

BENKELMAN

Flexible pavement - standard test method for determination of elastic modulus of pavement structure

using Benkelman beam

Lời nói đầu

TCVN 8867 : 2011 được chuyển đổi từ 22 TCN 251 - 98 theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a khoản 1 Điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2008 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuẩn và Qui chuẩn kỹ thuật

TCVN 8867 : 2011 do Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải biên soạn, Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ Công bố

ÁO ĐƯỜNG MỀM – XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CHUNG CỦA KẾT CẤU BẰNG CẦN ĐO VÕNG

BENKELMAN

Flexible pavement - standard test method for determination of elastic modulus of pavement

structure using Benkelman beam

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp thử nghiệm xác định mô đun đàn hồi của kết cấu áo đường mềm đường ôtô bằng cần đo võng Benkelman, phục vụ cho việc đánh giá khả năng chịu tải của mặt đường mới hoặc đánh giá chất lượng mặt đường đang khai thác

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết cho việc áp dụng các tiêu chuẩn này Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm ban hành thì áp dụng bản được nêu Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm ban hành thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả sửa đổi (nếu có)

TCVN 4054:2005, Đường ô tô - Yêu cầu thiết kế;

TCVN 5729:1997, Đường ôtô cao tốc – Yêu cầu thiết kế;

TCXDVN 104:2007*), Đường đô thị - Yêu cầu thiết kế;

22 TCN 211-06*), Áo đường mềm – Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế

3 Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ sau:

3.1 Mô đun đàn hồi của kết cấu áo đường mềm (Elastic modulus of pavement structure)

Mô đun đàn hồi của kết cấu áo đường mềm là đặc trưng chống biến dạng của kết cấu nền mặt đường gồm áo đường và khu vực tác dụng của nền đường dưới tác dụng của tải trọng bánh xe tiêu chuẩn

3.2 Độ võng đàn hồi (Rebound deflection)

Độ võng đàn hồi là độ võng hồi phục sau khi dỡ tải (khi bánh xe tiêu chuẩn rời khỏi vị trí đo)

4 Thiết bị, dụng cụ

4.1 Cần đo võng Benkelman phải có chiều dài từ gối tựa phía trước đến mũi đo ít nhất là 2,0 m và có

tỷ lệ cánh tay đòn cần đo không được nhỏ hơn 2:1 (xem phụ lục B)

4.2 Trước mỗi ca làm việc phải kiểm tra độ chính xác của cần đo bằng cách đối chiếu kết quả đo chuyển vị thẳng đứng trực tiếp ở mũi đo với kết quả đo được chuyển vị thẳng đứng ở cuối cánh tay

*) Các tiêu chuẩn TCN và TCXDVN sẽ được chuyển đổi thành TCVN

đòn phía sau của cần đo có xét đến tỷ lệ các cánh tay đòn cần đo Nếu kết quả sai khác nhau quá 5% thì phải kiểm tra lại các liên kết ở các mối nối, khớp quay và mức độ trơn nhậy của cần đo (xem phụ lục B).

4.3 Xe đo võng là loại xe có trục sau là trục đơn, bánh đôi với khe hở tối thiểu giữa hai bánh đôi là 5

cm, lốp xe thí nghiệm tại trục sau phải còn mới Các thông số của trục sau xe đo chỉ được sai lệch 5

% so với quy định ở Bảng 1

Bảng 1 – Các thông số của trục sau xe đo tiêu chuẩn

3 Đường kính tương đương của vệt bánh đôi, D, cm 33

4.4 Vật chất tải trên xe phải đối xứng, cân bằng, không bị thay đổi vị trí và tải trọng trục sau không bị thay đổi trong suốt quá trình đo võng mặt đường Trong suốt quá trình đo, xe đo võng phải được che bạt để tránh bị nước mưa thấm ướt và rơi vãi vật liệu

4.5 Để xác định được tải trọng trục xe, phải tiến hành cân tải trọng trục sau bằng thiết bị cân xe hoặc dùng kích thủy lực có đồng hồ đo áp lực được tiêu định và thang chia áp lực không lớn hơn 0,02 MPa

4.6 Thường xuyên đo kiểm tra áp lực hơi trong bánh xe để duy trì không đổi trong suốt quá trình đo võng mặt đường (xem phụ lục B)

5 Cách tiến hành

5.1 Công tác chuẩn bị

5.1.1 Trước mỗi đợt đo phải kiểm tra lại diện tích vệt bánh đôi Sb bằng cách kích trục sau xe lên, lau sạch và bôi mỡ vào lốp, quay phần lốp xe có mỡ xuỗng phía dưới sau đó hạ kích để cho in vệt lốp lên giấy kẻ ly Diện tích vệt bánh đôi Sb được xác định bằng diện tích phần vệt lốp có mỡ in trên giấy kẻ

ly Đường kính tương đương của vệt bánh đôi của xe đo võng Db và áp lực bánh xe xuống mặt đường pb được tính theo các công thức sau:

do nhóm chuyên gia có kinh nghiệm thực hiện (xem phụ lục A);

5.1.2.2 Chọn đoạn đại diện trên mỗi đoạn đồng nhất: Đoạn đại diện có chiều dài từ 500 m đến

1000m Mỗi đoạn đại diện chọn lấy 20 điểm đo / làn xe Với những đoạn đồng nhất đặc biệt ngắn nhưng có tính chất khác hẳn các đoạn xung quanh (những đoạn có điều kiện địa chất thủy văn phức tạp hoặc những đoạn đất mềm yếu), thậm chí nhỏ hơn 100 m cũng phải đo đủ tối thiểu 20 điểm đo / làn xe

5.1.3 Nếu tuyến đường cần đánh giá không có được các số liệu cơ sở để áp dụng cách chia đường thành các đoạn đồng nhất nêu ở mục 5.1.2 thì phải đo như sau:

5.1.3.1 Đối với giai đoạn thiết kế kỹ thuật hoặc thiết kế bản vẽ thi công, tiến hành đo rải đều trên toàn tuyến với mật độ ít nhất là 20 điểm đo / làn xe /1 km;

5.1.3.2 Đối với giai đoạn lập dự án đầu tư, công tác quản lý khai thác đường ôtô hoặc các công tác khác theo yêu cầu của chủ đầu tư, tiến hành đo với mật độ ít nhất từ 5 điểm đến 10 điểm đo / làn xe /

1 km

5.1.4 Chọn vị trí các điểm đo

5.1.4.1 Các điểm đo võng thường được bố trí ở vệt bánh xe phía ngoài (cách mép mặt đường từ 0,6

m đến 1,2 m) là nơi thường có độ võng cao hơn các vệt bánh xe phía trong Trong trường hợp nếu quan sát bằng mắt thấy tình trạng mặt đường tại vệt bánh xe phía trong và vệt bánh xe phía ngoài bị

hư hỏng không đồng đều, phải dùng hai cần đo võng đo cùng một lúc ở cả hai vệt bánh xe để lấy trị

số lớn hơn làm giá trị độ võng đại diện cho mặt cắt của làn xe đo

5.1.4.2 Với đường nhiều làn xe, khi quan sát bằng mắt thấy tình trạng mặt đường trên các làn khác nhau, phải đo võng cho làn yếu nhất Trị số đo ở mỗi vị trí của làn đó sẽ đại diện cho độ võng tại mặt cắt ngang của đường (xem phụ lục C)

5.1.4.3 Tiến hành đánh dấu sơn vào các vị trí cần đo Điểm đo thứ nhất và điểm đo thứ 20 nên lấy trùng vào mặt cắt tại lý trình cột kilômét hoặc các cọc có đơn vị trăm mét (cọc H)

5.2 Đo độ võng mặt đường dọc tuyến

5.2.1 Trình tự đo độ võng mặt đường

5.2.1.1 Cho xe đo tiến vào vị trí đo võng, đặt đầu đo của cần Benkelman tỳ lên mặt đường ở giữa khe

hở của cặp bánh đôi trục sau xe đo Cho thanh cần rung nhẹ, theo dõi kim chuyển vị kế cho tới khi thấy độ võng ổn định (trong 10 s kim không chuyển dịch quá 0,01 mm ) thì ghi lấy số đọc ban đầu ở chuyển vị kế (ký hiệu là i0 )

5.2.1.2 Cho xe đo chạy chậm lên phía trước với tốc độ khoảng 5 km/h cho đến khi trục sau của bánh

xe cách điểm đo ít nhất 5 m, tiến hành gõ nhẹ lên thanh cần để kiểm tra độ nhạy chuyển vị kế Theo dõi chuyển vị kế cho tới khi thấy độ võng ổn định thì ghi lấy số đọc cuối ở chuyển vị kế (ký hiệu là i5 ) Hiệu số của hai số đọc ở chuyển vị kế nhân với tỷ lệ cánh tay đòn cần đo là trị số độ võng đàn hồi của mặt đường tại điểm đo (ký hiệu là li )

5.2.1.3 Trong quá trình đo độ võng mặt đường, phải ghi rõ lý trình của điểm đo, thời tiết, điều kiện gây

ẩm và các nhận xét về tình trạng mặt đường tại điểm đo vào mẫu biểu thí nghiệm (xem phụ lục C).CHÚ THÍCH 1:

Trong khi đo độ võng mặt đường, không đo tại các vị trí mặt đường bị hư hỏng quá nhiều như: cao

su, nứt Những vị trí này không đại diện cho khu vực cần đo độ võng Tuy nhiên vẫn phải ghi chép,

mô tả các vị trí này để có các giải pháp xử lý cụ thể sau này

5.2.2 Đo nhiệt độ mặt đường: Để hiệu chỉnh các kết quả đo võng về nhiệt độ tính toán sau này, phải

đo nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường trong khoảng 1 giờ một lần trong suốt thời gian đo võng dọc tuyến Việc đo nhiệt độ mặt đường chỉ yêu cầu thực hiện đối với kết cấu mặt đường có chiều dầy lớp mặt phủ nhựa lớn hơn hoặc bằng 5 cm Cách đo nhiệt độ mặt đường như sau :

– Dùng búa và đục nhọn tạo thành một hố nhỏ sâu chừng 45 mm tại mặt đường gần vị trí đo võng;– Đổ nước hay glyxêrin vào khoảng nửa hố và đợi chừng vài phút;

– Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của chất lỏng trong hố cho đến khi nhiệt độ không thay đ ổi thì ghi trị số nhiệt độ đo (ký hiệu là T0C)

CHÚ THÍCH 2:

- Để tránh hiện tượng bức xạ nhiệt của mặt trời tới cần đo võng Benkelman và hiện tượng đầu đo và cần bị lún vào mặt đường nhựa ở nhiệt độ cao gây ảnh hưởng tới độ chính xác của kết quả đo, không đo võng vào khoảng thời gian nhiệt độ mặt đường lớn hơn 40oC

- Tránh không để vị trí đo bị bóng của xe ôtô hay vật gì làm ảnh hưởng đến kết quả đo

5.2.3 Phải tổ chức đảm bảo an toàn giao thông trong suốt quá trình đo Các thành viên tham gia đo đạc kể cả lái xe đều phải được huấn luyện kỹ nghiệp vụ đo.

CHÚ THÍCH 3: Công tác đảm bảo an toàn giao thông có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các barie, biển báo kết hợp với người cầm cờ điều khiển giao thông

Km là hệ số hiệu chỉnh độ võng về mùa bất lợi nhất trong năm;

Kt là hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo về nhiệt độ tính toán (ký hiệu là TttoC)

6.1.2 Khi không có điều kiện theo dõi quy luật thay đổi độ võng theo mùa và nhiệt độ, được phép sử dụng Km và Kt từ các quan trắc đã được tiến hành ở địa phương cho các tuyến đường có các điều kiện tương tự (xem phụ lục D)

6.1.3 Sau khi đã xác định được độ võng tính toán của các điểm đo (Litt), phải loại bỏ các sai số thô ra khỏi tập hợp các giá trị thu thập được trên từng đoạn bằng các tiêu chuẩn loại trừ quan sát cực trị của

lý thuyết xác suất thống kê (xem phụ lục E)

6.2 Xác định độ võng đặc trưng và mô đun đàn hồi đặc trưng cho mỗi đoạn đường thí nghiệm

6.2.1 Trị số độ võng đàn hồi đặc trưng trên đoạn đồng nhất, được tính bằng giá trị độ võng trung bình của đoạn đại diện trên đoạn đồng nhất đó

6.2.2 Tùy theo yêu cầu và qui mô của dự án, độ võng đàn hồi đặc trưng cho mỗi đoạn đường thí nghiệm được tính cho cả hai chiều hoặc đựợc tính cho từng chiều hoặc cho từng làn của tuyến đường thí nghiệm

6.2.3 Trường hợp không có được các số liệu cơ sở để áp dụng cách chia đường thành các đoạn đồng nhất nêu ở mục 5.1.2, trị số độ võng đàn hồi đặc trưng của từng đoạn đường thí nghiệm được tính theo công thức :

trong đó :

Ldt là độ võng đàn hồi đặc trưng của từng đoạn đường thí nghiệm;

Ltb là độ võng trung bình của đoạn thí nghiệm, tính bằng mm Giá trị Ltb được tính theo công thức sau:

n là số lần đo;

là độ lệch bình phương trung bình của đoạn thử nghiệm, tính bằng mm Giá trị được tính toán theo công thức sau:

K là hệ số xác suất lấy tùy thuộc vào cấp hạng đường, được xác định như sau:

– Đường cao tốc, đường cấp l (phân loại theo TCVN 5729:2007 và TCVN 4054:2005), đường cao tốc

đô thị (phân loại theo TCXDVN 104:2007), K = 2,0;

– Đường cấp ll (phân loại theo TCVN 4054:2005), đường phố chính đô thị (phân loại theo TCXDVN 104:2007), K = 1,64;

– Đường cấp lll (phân loại theo TCVN 4054:2005), K = 1,3;

– Đường cấp lV đến cấp VI (phân loại theo TCVN 4054:2005), đường phố gom, đường phố nội bộ của đô thị (phân loại theo TCVN 4054:2005), K = 1,04

6.2.4 Trị số mô đun đàn hồi đặc trưng của từng đoạn đường thử nghiệm (ký hiệu là Edh) xác định theo công thức sau :

trong đó :

0,71 là hằng số đo độ võng;

p là áp lực bánh xe tiêu chuẩn xuống mặt đường, p = 0,6 MPa;

D là đường kính tương đương của diện tích vệt bánh xe tiêu chuẩn, D = 33 cm;

µ là hệ số poát xông, µ= 0,3;

Ldt là độ võng đàn hồi đặc trưng xác định theo 6.2.1

Cần 1 - Đo bánh xe bên trái

Cần 2 - Đo bánh xe bên phải

Tỷ lệ cánh tay đòn cần đo:

B

A

Kc

Kiểm tra sai số của cần đo đạt yêu cầu quy định

Kiểm tra tải trọng trục xe đo

Vật chất tải :

Kiểm tra vật chất tải đảm bảo đúng yêu cầu quy định

Kiểm tra vật chất tải đảm bảo đối xứng và cân bằng

- Đo tải trọng trục xe đo tại trạm cân xe:

Tải trọng trục sau xe đo, Q =

Tên trạm cân:

- Đo tải trọng trục xe bằng kích thủy lực:

Số đọc trên đồng hồ đo của kích p = MPa ; L = cm ; a = cm

Áp lực của kích khi tiêu định f = Mpa ứng với tải trọng q = kN

Đo diện tích vệt bánh xe Sb

Tính đường kính vệt bánh tương đương của xe đo, cm: Db= 1.13 Sb

Tính áp lực bánh xe xuống mặt đường (P ), MPa :

b

Q P

p là số đọc trên đồng hồ đo của kích, MPa ;

L là chiều rộng của trục xe, tính bằng khoảng cách giữa hai tim vệt bánh xe, cm;

a là khoảng cách tính từ vị trí đặt kích tới tim vệt bánh xe nâng lên khi kích, cm;

f là áp lực của kích khi tiêu định, MPa;

q là tải trọng tương ứng với áp lực kích khi tiêu định, kN

Người thí nghiệm Trưởng phòng TN

Cơ quan thực hiện :

Người đo : Thời gian đo :

Đo theo hướng lý trình tăng / giảm

Hệ số chuyển đổi tải trọng trục xe đo Kq =

Tỷ lệ cánh tay đòn cần đo 1, đo bánh xe trái K1C =

Tỷ lệ cánh tay đòn cần đo 2, đo bánh xe phải K2C =

Km + Khoảng cách từ tim xe đo tới

tim đường: Giờ đo : Nhiệt độ mặt đường:

io, i5 là số đọc ở thiên phân kế khi bánh xe đo di chuyển cách xa vị trí đo 0 m và lớn hơn 5 m;

Km là hệ số chuyển đổi độ võng về mùa bất lợi nhất;

Kt là hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo về nhiệt độ tính toán;

littt hoặc littp là độ võng đàn hồi tại bánh xe trái hoặc phải được tính bằng công thức:

littt hoặc littp = KC x Kq x Km x Kt x (io- i5 )lmax là giá trị lớn nhất của littt và littp

Người thí nghiệm Trưởng phòng TN

kê tổng hợp dưới dạng phân số với tử số là lý trình của điểm đo và mẫu số là khoảng cách từ điểm

đo tới mép mặt đường về phía phải (P) hay trái (T) của đường

– Thời gian đo: Công việc này được tiến hành trong nhiều năm Mỗi tháng đo vào cùng một ngày, vào buổi sáng và lúc mặt đường có nhiệt độ cao nhất (khoảng 1-2 giờ chiều)

– Thao tác đo: Cách đo võng ở những điểm quan trắc cố định cũng tương tự như ở điểm đo dọc tuyến kể cả đo nhiệt độ mặt đường lúc thử nghiệm Trong quá trình thử nghiệm tại các điểm đo, phải chú ý nghiêm ngặt việc đặt bánh xe của ôtô thí nghiệm trong phạm vi vòng tròn đã được vạch bằng sơn trên mặt đường

– Xử lý kết quả sau khi đo: Dùng phương pháp phân tích thống kê các số liệu đo võng sẽ xác định được mùa bất lợi nhất trong năm, hệ số hiệu chỉnh độ võng về mùa bất lợi nhất trong năm (Km) và hệ

số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo về nhiệt độ tính toán (Kt)

D.2 Khi không có điều kiện lập các vị trí quan trắc cố định tại địa phương

D.2.1 Chọn mùa bất lợi nhất: Có thể lấy mùa bất lợi nhất trong năm của tuyến đường đi qua của các địa phương theo Bảng D.1 Tháng bất lợi nhất được lấy tại giữa trong khoảng thời gian bất lợi nhất

Bảng D.1 – Thời gian bất lợi trong năm của các địa phương trong cả nước

TT Tên địa phương Thời gian bất lợi nhất

26 TP Hồ Chí Minh 6 đến 10

D.2.2 Hệ số hiệu chỉnh độ võng về mùa bất lợi nhất trong năm (Km): Có thể xác định (Km) như sau :+ Với loại hình kết cấu nền mặt đường hạn chế được tác dụng của các nguồn gây ẩm - loại hình l (luôn khô ráo, xem Phụ lục B của 22TCN 211-06):

Nền đường không có nước ngập thường xuyên, mực nước ngầm thấp hơn đáy mặt đường 1,5 m khi nền đắp bằng đất á sét và sét hay 0,8 m khi nền đắp bằng á cát và phải thoát nước mặt tốt Nếu có nước ngập từng thời gian không quá 3 tháng thì lề đường phải được đắp bằng đất á sét hoặc sét với

độ chặt K lớn hơn hoặc bằng 0,95 và lề đường phải rộng hơn từ 1,5 m đến 2,0 m Kết cấu áo đường phải có tầng mặt không thấm nước và tầng móng bằng vật liệu kín, nền đường là đất được đầm với

độ chặt K lớn hơn hoặc bằng 0,95 hoặc bằng đất, cát gia cố chất liên kết Ngoài ra loại hình I còn có thể là loại hình nền mặt đường chịu tác động của nguồn gây ẩm nhưng không thay đổi theo mùa, độ võng của kết cấu áo đường sẽ không phụ thuộc vào độ ẩm (Km = 1,0) mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.+ Với loại hình kết cấu nền mặt đường chịu tác động của các nguồn gây ẩm thay đổi theo mùa - loại hình kết cấu nền mặt đường theo điều kiện gây ẩm ll (ẩm vừa, xem Phụ lục B của 22TCN 211-06) hoặc lll (quá ẩm, xem Phụ lục B của 22TCN 211-06):

Nền đường đắp thấp, lề đường hẹp đắp bằng đất á cát được đầm chặt kém, có nước ngầm thường xuyên, thoát nước mặt không tốt và chịu ảnh hưởng của nước ngầm Kết cấu áo đường có tầng mặt thuộc loại thấm nước, móng là loại không kín Hệ số chuyển đổi mùa Km có thể lấy theo Bảng D.2 sau:

Bảng D.2 – Hệ số hiệu chỉnh độ võng về mùa bất lợi nhất trong năm K m )

Các tỉnh miền BắcMặt đường kín không bị rạn nứt Xuân

Hè - ThuĐông

2 - 4

5 - 9

10 - 1

1,061,001,14Mặt đường rạn nứt, thấm nước Xuân

Hè - ThuĐông

2 - 4

5 - 9

10 - 1

1,181,001,47Các tỉnh miền Trung

Mặt đường kín không bị rạn nứt Xuân

Hè - ThuĐông

2 - 4

5 - 9

10 - 1

1,071,141,00Mặt đường rạn nứt, thấm nước Xuân

Hè - ThuĐông

2 - 4

5 - 9

10 - 1

1,241,471,00Các tỉnh miền Nam và Tây Nguyên

Mặt đường kín không bị rạn nứt Xuân

Hè - ThuĐông

2 - 4

5 - 9

10 - 1

1,141,001,07Mặt đường rạn nứt, thấm nước Xuân

Hè - ThuĐông

2 - 4

5 - 9

10 - 1

1,471,001,24